桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

考虑桩-土-桥梁结构相互作用振动台试验研究

实验室进行相互作用试验对进一步认识和完善桩 -土 -结构相互作用研究有十分重要的意义。本文设计实现了一个进行桩 -土 -结构相互作用试验研究的土箱模型 ,并在振动台上进行了自由场模型试验 ,通过自由场土层反应理论分析检验了土箱设计的合理性。在此基础上进行了单柱桩墩模型、单柱墩 2× 2模型、双柱墩 2× 2模型和双柱墩 3× 2模型的试验 ,探讨了不同桩基形式和桥墩结构在不同输入地震动下的地震反应规律及结构破坏特征 ,对比研究了单柱墩与双柱墩桥梁抗震性能 ,为进一步验证和研究相互作用理论分析提供了基础数据     

基于三台阵振动台的多塔斜拉桥试验研究

多塔长跨斜拉桥受力复杂,结构地震响应十分复杂。本文以武汉二七长江大桥为工程背景,设计振动台试验模型并开展三台阵振动台试验,探讨三塔长跨结合梁斜拉桥在一致激励及多点激励下的地震响应规律。动力特性分析表明此桥型中塔纵弯刚度较小;一致激励振动台试验结果表明主塔塔顶和主梁具有较大的地震响应;多点激励试验结果表明,行波效应对地震响应的影响不可忽略。     

桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

基于桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验的数据,研究了动力相互作用体系对上部结构的影响.研究结果表明:由于动力相互作用体系的影响,上部结构频率减小,阻尼增大;在输入地震波加速度峰值较小时,桩-土体系对地震波起放大作用,输入地震波加速度峰值较大时,桩-土体系起减震作用;在地震波由振动台台面传到土体表面的过程中,桩-土体系改变了地震波的频谱成份.     

大型渡槽桩土相互作用振动台试验研究

为了对南水北调中线工程中的洺河大型渡槽下部结构型式及优化设计各备选方案进行初步的评估,总结其地震反应的规律,获得必要的动力反应设计参数,分别对等长桩、不等长桩以及旋喷加固等长桩进行了振动台试验研究。根据所得试验数据,对等长桩和不等长桩2种不同设计方案下的动力反应特性进行了分析,对使用旋喷加固方法对桩基动力反应的影响进行了初步的判断,并对试验中使用的木-橡胶模型箱进行了评估。试验结果表明:采用长短桩设计方案比不等长桩更具优越性;使用旋喷加固方法能在一定程度上提高桩基动力反应的安全性;试验中所使用的木-橡胶模型箱在土的边界模拟上是合理和可行的。     

多点激励下大跨度连续刚构桥地震响应振动台阵试验研究

目前对于大跨度桥梁在多维多点激励下的地震响应尚缺乏试验研究。以一高墩大跨度钢筋混凝土连续刚构桥工程为对象,按1/10比例设计和制作一座三跨刚构桥模型,并通过地震模拟振动台阵试验,研究一致激励、行波激励和局部场地效应等对刚构桥地震响应的影响。研究表明:刚构桥对地震动的频谱特性十分敏感,地震响应差异较大;行波效应增大桥墩变形和墩底应变,其影响程度随视波速和墩梁约束的不同而有差异,且桥墩墩底较墩梁固结处对行波效应更为敏感;局部场地效应增大桥墩变形和墩底应变,且其对中墩和边墩以及墩底和墩梁固结处的影响有所不同;同时考虑行波效应和局部场地效应,桥墩的动力响应较一致激励以及单独考虑行波效应和局部场地效应时有所增大。因此,在长大桥梁地震响应精细化分析中必须考虑地震动空间效应。     

土-桩-偏心结构相互作用体系振动台试验研究

为研究土与结构动力相互作用对偏心结构地震反应的影响规律,改进现有抗震设计,采用振动台试验方法对某单层偏心结构模型在刚性地基与桩筏基础条件下进行对比试验,对模型制作材料力学性能进行了测试,分析和比较了偏心结构位移响应组成关系。结果表明：地基刚度对结构自振特性的影响主要表现为振型间耦联反应程度的降低和体系阻尼比的增大;地基对基础的约束能力影响了上部结构振动反应的大小与组成,考虑相互作用的偏心结构平扭变形幅度降低,总位移反应增大;结构应变反应振动频率降低,振动持时缩短,场地土的阻尼特性加快了结构振动能量的耗散;当偏心率较小时,结构主要表现为单自由度体系变形特征,扭转耦联效应随之减弱。试验结果为后续理论研究提供了依据。     

纵向非一致激励下埋地管道的振动台试验研究

为研究在一致、非一致激励振动台试验中不同箱体内土体、管道地震响应的异同,基于已经开发的悬挂式连续体模型箱开展了一系列多台阵振动台试验。对不同箱体中土体、管道的加速度以及管道应变等试验数据进行了分析,结果表明：(1)在一致激励不同加载等级下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线基本一致,而在非一致激励下,不同箱体中土体表面各监测点的位移时程曲线差异明显。各箱内土体间产生了明显的纵向相对位移,土体被拉裂,且在地震动作用后均产生了较大的残余位移;(2)与一致激励下相比,非一致激励下各箱内管道及其周围土体之间均产生了明显的相对位移,造成了管道应变的增大,其峰值应变是一致激励下的2倍左右;(3)在一致激励下,各箱体内土体、管道的地震响应基本相同,非一致激励下不同箱体内土体、管道的地震响应虽然存在差异,但各箱体内管–土地震响应规律基本相同。     

基于土与结构相互作用的铰桩-人工土复合地基结构减震的振动台试验研究

设计了一种新型的铰桩-人工土复合地基,并分别对刚性地基-框架结构体系模型及铰桩-人工土复合地基-框架结构体系模型进行了小型振动台试验研究。在铰桩-人工土地基-框架结构体系的模型试验中,采用了木屑土以及层状剪切土箱模拟实际场地的人工土,用两端带铰的桩模拟产生端塑性铰的桩,并在振动台上输入ElCentro波。试验结果表明,其地震反应较之刚性地基-框架结构体系有很大变化。在铰桩-人工土复合地基上,框架结构各层加速度、层间剪力明显减小,自振周期增大,特别是阻尼有很大的提高,说明此复合地基有明显的减震效果。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。     

Shaking table tests of bridge model with friction sliding bearings under bi-directional earthquake excitations

Abstract

The widespread use of seismic isolation to protect structures from damage has already been proven as an effective and economical method. In order to investigate the seismic performance and isolation effect of isolated bridge with the traditional friction pendulum bearing (FPB) and the novel triple friction pendulum bearing (TFPB), the force–displacement hysteretic relationships of FPB and TFPB were validated by the displacement-controlled tests, and the shaking table tests were carried out on a 1/10 scaled simple-supported bridge model with FPBs and TFPBs under bi-directional earthquake excitations. The effects of the friction coefficients and the radius of the TFPB on the seismic responses were analysed using the extensive experimental results. The experimental data and the numerical results show that the TFPB can be reliably used for the passive device to control the seismic response of the bridge, which could satisfy the demand of performance-based seismic design philosophy in high seismicity regions. In addition, the results illustrate that the bi-directional interaction of the TFPB has effects on the dynamic responses of the bridge. If the bi-directional interaction is ignored, the deck displacements are underestimated, which can be crucial from the design point of view.     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能,提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟,对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明:两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后,桥墩均没有出现严重的破坏,其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位,桥墩呈现出良好的抗震性能;两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应,但墩顶水平位移响应也会相应增加,在摇摆隔震桥墩的设计上,应将墩顶水平位移作为主要设计参数;提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型,通过与振动台试验结果对比,证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

双塔连体结构的模拟地震振动台模型试验研究

双塔连体结构是在两塔楼上部设置连体而形成的一种复杂的高层建筑结构形式,在我国实际工程中的应用越来越多,但目前对此类结构的抗震性能研究还不够全面和深入。针对一双塔连体高层建筑,进行了模拟地震振动台模型试验,并利用大型通用有限元分析软件ANSYS进行了结构动力特性和动力反应分析。结果表明,连体刚性连接节点及墙体采取的内设型钢的加强措施可以满足结构抗震要求;连体结构的连体部分对竖向振动效应的放大十分明显;应进一步加强连体桁架构件的整体和局部稳定性;开有较大洞口的楼层应采取改善延性的措施。     

济南奥体中心体育场结构模型模拟地震振动台试验研究

通过对济南奥体中心体育场部分主体结构 1/20 模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及在当地多遇、设防、罕遇地震作用下的加速度和位移反应,研究了模型的破坏机理和破坏模式,揭示了大跨空间结构高位支承时,水平、尤其是竖向地震作用效应放大多达几倍到十几倍这一重要现象.试验结果表明,模型结构的主振频率为3.38Hz(y向平动),与计算分析结果3.27Hz符合较好;在多遇和罕遇地震作用下,模型的最大层间位移角分别为1/2287和1/712,均满足抗震规范对于结构层间位移角限值的规定,结构布置合理,整体抗震性能较好.原设计结构整体总装计算分析正确可靠,原设计主要性能指标能够达到.     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。     

北京LG大厦单塔结构整体模型模拟地震振动台试验研究

本文通过对北京LG大厦单塔主体结构1/20整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在8度多遇、8度基本、8度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明:模型结构第1、2、3阶振型频率依次为:4.319Hz(x向平动)、4.883Hz(y向平动)和6.761Hz(整体扭转),对应阻尼比分别为0.043、0.046和0.026;原型结构对应前3阶振型周期为1.794s、1.587s和1.146s,其扭转、平动周期比为0.64,且在8度多遇和罕遇地震作用下结构最大层间位移角分别为1/1005和1/101,显示原型结构布置基本合理,整体抗震性能较好,能够抵抗所在地区设防烈度下各水准地震作用。论文最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。     

云南省博物馆新馆隔震结构模拟地震振动台试验研究

云南省博物馆新馆是采用基础隔震结构的大型建筑,其隔震层采用铅芯橡胶支座与橡胶支座。该结构为 钢-混凝土混合结构,具有楼板不连续、竖向杆件不连续等特点,并且屋面钢桁架设有多层钢结构悬挂层。为研究该隔震结构的抗震性能,进行了1/30比例模型模拟地震振动台试验。结果表明,8度多遇、设防和罕遇地震作用下结构未出现破坏,结构自振频率未有明显变化,结构保持为弹性状态;在多遇、设防和罕遇地震作用下主体结构加速度放大系数小于1,设防烈度地震作用下,层间位移角小于弹性层间位移角限值;隔震层支座滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;结构在不同地震波作用下的加速度和位移反应不同。结构4～6层测点加速度放大系数和层间位移(角)略大,模型顶部钢桁架系统隔震效果不明显。